Технология растворения полидисперсной соли (стр. 2 )

Таблица 8-2. Сравнение технологических характеристик некоторых аппаратов растворителей

Показатели	Типы аппаратов
Шнековый растворитель на СКРУ-1*	Колонные аппараты ВНИИГ
с падающим потоком руды*	с плотным слоем руды
Удельная производительность, т/ч-м3	1,00	2,36	2,75
Степень извлечения целевого компонента, %	95-96	95	99,5
Вынос твердой фазы с насыщенным раствором, кг/м3	200-300	200	6
* Горячее выщелачивание КСl из сильвинита. ** Выщелачивание NaCl из смеси песка и соли (22,6% NaCl) Данные [205] пересчитаны нами на выход рассола 306 кг/м3.

Опытные работы по растворению соли в плотном слое про­ведены с колонным аппаратом диаметром 0,207 м и высотой 3 м.

Основные технологические параметры опытов характеризу­ются следующими данными:

Общее время работы аппарата, ч	20
Время работы в режиме, ч	15
Высота слоя, м	2 25+0,1
Расход раствора, м3/ч	0,378
Расход твердой фазы, кг/ч	383,4
Класс крупности твердой фазы, мм	менее 7,0
Содержание NaCI в
исходной смеси песка и соли, %	22,6
исходной воде, кг/м3	0
рассоле на выходе, кг/м3	228
Температура раствора, °С	20

Гранулометрический состав исходной смеси следующий:

Фракция, мм	5—7	3—5	2—3	1—2	0,63—1	0—0,63
Массовая доля, %	7,89	24,64	9,69	31,43	11,89	14,46

Средневзвешенный размер частиц по формуле (8.13) dcp = = 2,315 мм. Гранулометрический состав твердой фазы рассола приведен ниже:

Фракция, мм	0,63—1	0,2—0,63	0—0,2
Массовая доля, %	0,6	7,45	91,95

Содержание NaCl в твердой фазе рассола не превышало 0,16%; скорость потока на сливе 12,04 м/ч при концентрации NaCl в рассоле 228 кг/м3, а для получения рассола концентра­цией 306 кг/м3, скорость потока должна быть снижена до 4,55 м/ч.

Оценка коэффициента скорости растворения соли по фор­муле (8.4) с учетом приведенных технологических данных, а также с учетом порозности слоя e = 0,4, его объема Vc = 0,0707 м2 при высоте hс = 2,25 м, поверхности растворения слоя sк = sуд*e*Vc = 73,29 м2 дает для плотного слоя

k=(0,378/0,226*73,29) ln [(317—0)/(317—228)] =0,029 м/ч.

Это на уровне kc для нестесненного свободно-конвективного растворения вертикальной поверхности соли в воде, т. е. по интенсивности процесса растворения плотный слой значительно уступает кипящему слою, где отношение k/kc выше в несколь­ко раз.

При этом для получения кондиционного рассола, содержа­щего 306 кг/м3 NaCl, производительность по рассолу должна быть снижена до 0,143 м3/ч, что дает удельную производитель­ность 2,02 м3/ч на 1 м3 слоя.

В опытах использована смесь песка с солью, и содержание соли в нижних слоях зоны растворения значительно меньше среднего, что необходимо учитывать при оценке k в области h<hc.

Для интенсификации процессов растворения и выщелачива­ния солей предложил способ [206, 207] раст­ворения падающих частиц соли в восходящем потоке жидкости. Такое противоточное межфазное скольжение резко повышает интенсивность растворения соли, как это видно на рис. 8-5. Причем эффективность процесса дополнительно возрастает за счет падения частиц навстречу потоку растворителя. Но поли­дисперсность соли затрудняет полную реализацию идеи противоточного межфазного скольжения. Во ВНИИГе разработан колонный раствори­тель [207] (рис. 8-6) с подачей соли через загрузочную трубу в центральную часть аппарата, где встречным потоком раство­рителя создается зона сепарации 2. Раст­воритель подают снизу через кольцевое распределительное устройство 3. Скорость потока растворителя задают равной ско­рости витания частиц расчетной крупности разделения. В зоне сепарации 2 происхо­дит разделение частиц на крупные и мел­кие. Крупные частицы падают вниз и раст­воряются в противоточном восходящем, потоке раствора, а мелкие частицы уносят­ся вверх в кольцевой зазор между корпусом колонны 4 и загрузочной трубой 1. Высота аппарата обеспечивает практически полное растворение и мелких и крупных частиц. Так, при горячем (117—120 °С) выщелачи­вании КС1 из сильвинита насыщенным по NaCl сильвинитовым раствором в колонный аппарат подают руду класса крупности менее 5 мм, а разделение осуществляют по крупности 0,75— 1 мм. Скорость восходящего потока жидкости 4—7 см/с. Эф­фективность классификации по данным опытных работ состав­ляет в среднем 90%.

Рис. 8-6. Схема противоточно-прямоточного колон­ного растворителя [207]:

1 — загрузочная труба для соли; 2 — зона сепарации; 3 — кольцевое распределительное устройство для подачи воды; 4 — корпус аппарата; 5 — кольцевой сборник для слива на­сыщенного рассола; 6 — уплотнительные конусы для выгруз­ки шлама

Насыщенный раствор, содержащий мелкие частицы галита и водонерастворимого остатка, выводится наверху из кольцево­го сборника 5, а более крупные нерастворившиеся частицы осе­дают вниз в уплотнительные конусы 6, в которых уровень осад­ка должен быть не менее 0,3 м. При этом фильтрация раствора через слой осадка практически отсутствует. Шламовую суспен­зию выводят периодически или непрерывно с контролем уровня осадка с помощью 2-канального гамма-реле ГРП-2. В качестве исполнительного механизма используют ПСП, регулирующий степень открытия пробковых кранов.

В колонном аппарате указанного типа реализован прямоточ-но-противоточный режим массообмена. Растворение крупных частиц протекает в режиме противотока, а мелких частиц — в режиме прямотока.

Краткая характеристика колонных растворителей ВНИИГа для полидисперсных руд* приведена ниже:

Производительность руды, т/ч	100	500
Диаметр нижней части, м	0,9—1,2	2,2—2,5
Диаметр верхней части, м	1,4—1,8	2,6—3,0
Высота, м	21	36
Степень извлечения, %	94—96	94—96
Степень насыщения, %	94—97	94—97
Удельная производительность, т (руды)/м3*ч	2,7-1,8	2,7—1,8
* Данные приведены по выщелачиванию КСl из сильвинита.

Существенными недостатками прямоточно-противоточных колонных аппаратов-растворителей являются их большая высо­та (35 м для промышленного аппарата) и повышенный солеунос (до 200 кг/м3).

Для устранения этих недостатков [208] пред­ложил конусный растворитель (рис. 8-7), в котором за счет конусности создаются разные скорости потока раствора, соот­ветствующие полидисперсности зернового состава соли, и путем выбора струйного угла конуса устраняется фонтанирование и обеспечивается растворение соли в интенсивном режиме кипя­щего слоя, а также резко снижается солеунос с раствором, снижается высота аппарата по срав­нению с. колонным аппаратом, пред­ставленным на рис. 8-6. При этом система подачи растворителя и выво­да шлама через уплотнительные ко­нусы, отработанная в ходе опытно-промышленных испытаний колонного аппарата, использована в конусном аппарате.

Соль на растворение подают через загрузочную трубу 1 в центральную часть аппарата, где встречным пото­ком жидкости создается зона кипяще­го слоя 2. Воду подают снизу через кольцевое распределительное устрой­ство 3.

Рассол проходит по кольцевому за­зору между загрузочной трубой 1 и корпусом аппарата 4 и выходит из аппарата через кольцевой сборник 5.

Рис. 8-7. Схема конусного растворителя: 1 — загрузочная труба; 2 — зона кипящего слоя; 3 — распределительное устройство; 4 — корпус аппарата; 5 — :кольцевой сборник; 6 — уплотнительные конусы

Мелкие частицы водонерастворимого остатка и часть галита выносятся с рассолом, а более крупные нерастворившиеся ча­стицы оседают вниз в уплотнительные конусы 6, в которых уровень осадка должен быть не менее 0,3 м. При этом фильт­рация раствора через слой осадка практически отсутствует. Система вывода шлама принята как в колонном аппарате.

Важной особенностью конусного аппарата является воз­можность работы во всем диапазоне чисел псевдоожижения, а также в режиме плотного слоя. Выбор режима работы annaj рата зависит от конкретной практической задачи (допустимый солеунос, необходимая производительность по рассолу, требуе­мая концентрация соли).

Выбор конусного аппарата базируется на теории струйного пробоя [209] неподвижного зернистого слоя, согласно которой пробой слоя имеет место при некотором критическом числе Рейнольдса

(8.11)

и область псевдоожижения является конической.

Скорость пробоя меньше, но близка к скорости витания. Так для dср = 2,66 мм по (8.11) wкр=2,69 см/с.

Ниже приведены характеристики конусных растворителей, разного размера:

Высота, Н, м	11,3	1-4	16,7	17
Диаметр, м
на уровне выхода рассола	1	3	4	6
на уровне подачи воды	0,219	1	1,3	1,5
Площадь сечения, м2
на уровне выхода рассола	0,78	6,7	11,8	24,6
на уровне подачи воды	0,038	0,785	1,327	1,77"
Высота, м
цилиндрической части, h{	3	3,5	3,5	3,5
усеченного конуса, Нч	7	8	10	10
уплотнительных конусов, Ну	1,3	2,5	3,2	3,5
Объем, м3
аппарата	4,6	52,4	105	230
кипящего слоя	2, ST	27	60	127

Оценка производительности конусного аппарата может быть выполнена по формуле (8.7). Например, в аппарате (см. табл. 8-3) высотой 14 м для обеспечения указанной производительно­сти 279 м3/ч в установившемся режиме его работы должно быть не менее 12,7 т соли. При порозности e = 0,435 объем такого количества соли равен 9 м3, а удельная поверхность (см. с. 65) составляет sуд = 9523,8 м-1. Общая поверхность sк = 5,57*104 м2, что обеспечивает при k = 50,52*10-4 м/ч, ск = 310 кг/м3 и x = 3% производительность аппарата по рассолу 279 м3/ч. Для обеспечения Q=1240 м3/ч количество соли в аппарате должно быть не менее 56,4 т, т. е. объем неподвижного слоя 40 м3; при этом k = 50,52*10-4 м/ч, dcp = 0,63 мм.

Таблица 8-3. Основные технологические показатели конусных растворителей

Показатели	Высота конусного растворителя, м
11,3	14	16,7	17
Производительность
по рассолу, м3/ч	23,8	279	620	1240
по соли, т/ч	7,6	89	198	396
Концентрация соли в растворе, кг/м3	310	310	310	310
Скорость потока
рассола на выходе, м/ч	30	41,6	52	50
воды на входе:
м/ч	626	355	467	700
см/с	17,4	9,9	13	19,5

Из приведенных данных видно, что размеры конусного аппа­рата приняты с большим запасом. Во многих отраслях народ­ного хозяйства рассолоприготовление можно осуществлять в конусных аппаратах значительно меньшего размера.